Практическая работа № 5
Тепловий розрахунок катушок додаткових полюсів тягового двигуна пульсуючого струму
Мета: ознайомитись із будовою двигуна пульсуючого струму і виконати тепловий розрахунок його катушок додаткових полюсів.
Ход роботи.
Теоретическая часть.
Номинальными режимами тяговых двигателей являются часовой и продолжительный, поэтому, строго говоря, при проектировании двигателя тепловой расчет должен быть выполнен для обоих этих режимов.
Расчет нагревания двигателя для часового режима сложнее, чем для продолжительного, так как он является неустановившимся в тепловом отношении, что заставляет считаться не только с теплоотдачей отдельных элементов машины, но и с их теплоемкостями.
Отсылая интересующихся расчетом нагревания машин при часовом режиме к [2, 27], остановимся на способах выявления превышения температуры двигателя при работе в продолжительном режиме. Довольствоваться выполнением этого более простого и надежного теплового расчета позволяет то, что продолжительная и часовая мощности двигателей находятся в достаточно определенном соотношении, оцениваемом коэффициентом вентиляции (2.40), что позволяет, выявив превышение температуры при продолжительном режиме работы, составить представление и о порядке этой величины при часовом режиме.
При тепловых расчетах машин широко используют метод тепловых схем замещения, введенный в практику А. Е. Алексеевым [2], хорошо отображающий физическую картину процессов, протекающих между отдельными теплореагирующими элементами.
Расчет нагревания электрических машин вследствие сложности тепловых и воздушных потоков в них выполняют при ряде допущений. Вводя их, исходят из того, чтобы точность расчета для практических целей была достаточной, не требуя в то же время непомерно большой расчетной работы. Источники погрешностей в тепловых расчетах кроются в недостаточной точности учета влияния вентиляции на процесс рассеяния тепла с поверхностей элементов машины и недостаточной надежности коэффициентов теплопроводности сложных технических изоляций.
Ниже изложен способ расчета нагревания тяговых двигателей, хорошо зарекомендовавший себя в работе заводов тягового электромашиностроения, предложенный А. Б. Иоффе.
Методика расчета
Установление величин, используемых в расчетах нагревания тяговых двигателей
Скорость вентилирующего воздуха. При подробном расчете вентиляции эту скорость устанавливают по расходу воздуха Q и сечению каналов SК, по которым он продувается.
А. Б. Иоффе [15], исходя из обычной геометрии поперечных сечений тяговых двигателей, использует следующую формулу для определения скорости воздуха, м/с, относительно поверхностей катушек главных и добавочных полюсов:
(5.1)
где DauDi — внешний и внутренний диаметры якоря, м;
Q — расход воздуха, м3/мин.
Коэффициент теплоотдачи. Для внешних поверхностей катушек коэффициент теплоотдачи α следует брать по кривой рис. 5.1 в зависимости от скорости воздуха vк.
Рисунок 5.1.
Теплопроводность изоляции. Удельная тепловодность изоляции , Вт/(оС∙см)
где Δ — коэффициент теплопроводности материала изоляции, Вт/(°С∙см);
Ьиз — эффективная толщина изоляции, см.
Коэффициент теплопроводности для технических изоляций:
для обычной микалентной и стекломикалентной изоляции
Δ = 0,0013 ... 0,0015 Вт/(° С ∙ см); (5.2)
для изоляций «Монолит-2» и ВЭС-2
Δ = 0,002 ... 0,00225 Вт/(°С∙см). (5.3)
Эффективная толщина изоляции катушек bиз, см
bиз =bвнеш +bвнутр, (5.4)
где bвнеш — толщина внешней изоляции катушки, см;
bвнутр — эквивалентная толщина изоляции проводников, входящих в катушку (в определенном направлении), см.
При проводниках прямоугольного сечения
(5.5)
где b'из — двусторонняя толщина изоляции проводника, см;
m — число рядом лежащих в данном направлении проводников.